trabajo sobre la minimización del trabajo de un compresor

8/17/2019 Trabajo Sobre La Minimización Del Trabajo de Un Compresor.

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TRABAJO SOBRE LA MINIMIZACIÓN DEL TRABAJO DE UN COMPRESOR

ANGELA JOHANA RODRIGUEZ GONZÁLEZ CÓD.: 2009283087HENRY GUSTAO CHAES GUTI!RREZ CÓD.: 2009283"#0

PRESENTADO EN LA ASIGNATURADE TERMODINAMICA

PRO$ESORA: CARMEN PINZON TORRES

UNIERSIDAD SURCOLOMBIANA$ACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIER%A AGR%COLANEIA& JULIO 27 DE 20''


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'. INTRODUCCION

Los compresores son dispositivos que se utilizan para incrementar la presión de unfluido. A estos dispositivos el trabajo se suministra desde una fuente externa a travésde un eje giratorio, por lo tanto los compresores requieren entrada de trabajo. Uncompresor es capaz de comprimir el gas a presiones muy altas. La transferencia decalor es insignificante a menos que aya enfriamiento intencional.

Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gasesy vapores para un gran n!mero de aplicaciones. Un caso com!n es el compresor deaire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a pistola,inflamiento de neum"ticos, limpieza, erramientas neum"ticas y perforadoras. #tro esel compresor de refrigeración, empleado para comprimir el gas del vaporizador. #trasaplicaciones abarcan procesos qu$micos, conducción de gases, turbinas de gas yconstrucción.


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2. OBJETIO

• Analizar con detalle los fundamentos de los procesos de compresión y de sus

modos para minimización el trabajo eco por este, adem"s de sus formas dec"lculo.


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3. MARCO TEÓRICO

3.'. TRABAJO DE UN COMPRESOR

%e a demostrado que trabajo de entrada en un compresor se minimiza cuando elproceso de compresión se ejecuta de manera internamente reversible. &uando loscambios en las energ$as cinética y potencial son insignificantes, el trabajo de uncompresor est" dado por la siguiente ecuación'

W comp. entrada=∫1

2

V dP

(n una compresión, el volumen final es menor que el volumen inicial, de manera que

en cada etapa∆V

es negativo) en consecuencia, el trabajo total destruido es

negativo. (l signo aparece autom"ticamente en el proceso de integración si elvolumen correspondiente al estado final es el l$mite superior, y el del estado inicial, ell$mite inferior en la integral de la ecuación anterior.

%i se compara el trabajo de expansión con el trabajo de compresión, ay algo m"s queun cambio de signo. *ara comprimir el gas necesitamos sobre el pistón masasmayores que las elevadas en la expansión. *or tanto, en la compresión de un gas sedestruye m"s trabajo que el producido en la expansión.

$()*+, 2. &ompresión en una etapa. +a (stado inicial. +b (stado final. +c -rabajodestruido en una compresión en una etapa.

(l trabajo destruido en la compresión en una etapa es muco mayor que el producidoen la expansión en una etapa. *odemos destruir cantidades mayores de trabajo enesta compresión utilizando masas mayores. %i la compresión se efect!a en dosetapas, comprimiendo primero con una masa m"s ligera asta un volumen intermedioy luego la masa mayor asta el volumen final, se destruye una cantidad menor detrabajo) el trabajo destruido es el "rea de los rect"ngulos sombreados.

3.2. MINIMIZACIÓN DEL TRABAJO DE UN COMPRESOR


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Una forma de minimizar el trabajo de un compresor es aproximarlo tanto como seaposible a un proceso internamente reversible, minimizando irreversibilidades como lafricción, la turbulencia y la compresión sin un estado de cuasi equilibrio. Aunque por razones económicas esta idea es muy limitada. Una segunda idea m"s pr"ctica parareducir dico trabajo es la de mantener el volumen espec$fico del gas tan pequeocomo sea posible durante el proceso de compresión, lo cual se ace manteniendo latemperatura del gas tan baja como sea posible durante la compresión, ya que elvolumen especifico de un gas es proporcional a la temperatura. *or lo tanto, reducir eltrabajo de entrada en un compresor requiere que el gas se enfr$e cuando secomprime.

*ara una mejor interpretación del efecto de enfriamiento durante el proceso decompresión se compara el trabajo de entrada requerido para tres tipos de procesos'

• I-/+1(4: (l cual no implica enfriamiento.• P45(+1(4: /onde se incluye un poco de enfriamiento.• I-46+(4: 0ue incluye un m"ximo enfriamiento.

%i se supone que todos los procesos se ejecutan entre los mismos niveles de presión+P1 y P2 de una forma internamente reversible y si el gas el cual se trabaja secomporta como uno ideal con calores espec$ficos constantes, el trabajo de compresiónse determina al realizar la integración expresada en la ecuación anterior de lasiguiente manera'

*ara el gas ideal, la cantidad m"xima de trabajo producido en la expansión o m$nimodestruido en la compresión es igual al "rea sombreada bajo la isoterma de la figura. (ltrabajo m"ximo o m$nimo en un cambio de estado isotérmico se calcula f"cilmentepues p1 n 2 -3 4.La ecuación seria'

• *ara un proceso 5sentrópico ( Pvk =constante ) :

W comp. entrada=kR(T

2−T

1)

k −1 =

kR T 1

k −1 [( P2 P1 )(k −1)/k

−1]

• *ara un proceso *olitrópico ( Pvn=constante ) :

W comp. entrada=n R (T

2−T

1)

n−1 =

n R T 1

n−1 [( P2 P1 )(n−1 )/n

−1]• *ara un proceso 5sotérmico ( Pv=constante ) :

W comp. entrada= RTln ln P

2

P1


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$()*+, 3. /iagrama P-v de los tres procesos de compresión, en donde se observa que

el "rea a la izquierda de la curva del proceso es la integralv dP,

por lo tanto, es unamedida del trabajo de compresión del flujo estacionario.

3.2.'. C4+-(1/ / E,,- M5(5- 4/ I/+/+(,(/4

(sta técnica se emplea para minimizar el trabajo de compresión +acercando el procesode compresión al isotérmico. All$ el gas se comprime en etapas y se enfr$a entre cadauna de éstas pas"ndolo a través de un intercambiador de calor llamado Interenfriador .5dealmente, el proceso de enfriamiento tiene lugar a presión constante y el gas seenfr$a a la temperatura inicial T 1 en cada interenfriador. (ste proceso esespecialmente atractivo cuando un gas va a ser comprimido a presiones muy altas.

$()*+, ". *roceso de la &ompresión en (tapas 6!ltiples con 5nterenfriamiento.

(n el esquema del proceso se muestra que para dos etapas de compresión el fluido secomprime previamente asta una presión intermedia Px , que est" situada entre P1 y P2en el estado a, luego el fluido pasa por el cambiador de calor en el cual se enfr$a elfluido transfiriendo calor a presión constante asta una temperatura m"s baja en b, endonde algunos casos esta temperatura baja puede alcanzar el valor de la temperaturainicial en T 2 , por !ltimo luego el fluido pasa por una segunda etapa de compresióndonde la presión se eleva asta P2.$()*+, #. Los diagramas de P-v y T-s el efecto que causa el interenfriamiento sobre el

trabajo de un compresor de dos etapas.


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*ara comprar los procesos, en la figura anterior se muestran las trayectorias para el5sotérmico y el 5sotrópico, donde el "rea sombreada sobre el diagrama P-v representa

el trabajo aorrado como resultado de la compresión de dos etapas coninterenfriamiento) este tamao del "rea sombreada var$a con el valor de la presiónintermedia Px .

(l trabajo total de entrada para un compresor de dos etapas es la suma del trabajo deentrada en cada etapa de compresión'

La !nica variable en esta ecuación es Px, cuyo valor que minimiza el trabajo total es'

P1∗ P

2

¿¿

P X =¿1

P2

P X

3.3. EJERCICIOS

3.3.'. %e comprime aire de manera estacionaria por medio de un compresor reversible desde un estado de entrada de 788 9*a y :88 ; asta unapresión de salida de


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$()*+,- ; 7.

(squemas P-v y diagrama para el(jercicio :.:.7.


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/e los cuatros casos, la compresión 5sotérmica requiere el trabajo minimo y la5sentrópica el m"ximo.

3.3.2. %e comprime gas >elio de 7= psia y ?8@ a 7B8 psia a razón de C pies :3s./etermine la entrada de *otencia al compresor, suponiendo que el proceso

de compresión es'

a 5sentrópico.b *olitrópico, con n 1 7,B.c 5sotérmica.d 5deal, politrópico de dos etapas con n 1 7,B.

$()*+, 8. /iagrama para (jercicio :.:.B.

*ropiedades del *unto &r$tico para el >elio' - 1 allamos el flujo m"sico'


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". CONCLUSIONES

• *ara minimizar el trabajo de compresión durante la compresión de dos etapas,

la relación de presión para cada etapa del compresor debe ser la misma.&uando se satisface esta condición el trabajo de compresión en cada etapa sevuelve idéntico.

• (l n!mero de etapas debe reducirse en lo posible para que la eficiencia

aumente cuando la relación de compresión aumenta. A m"s etapas, m"sirreversibilidades.

• Los procesos de compresión reales se aproximan al Adiab"tico, no al

5sentrópico.


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#. BIBLIOGRA$%A

Dengel Eunus. A. y Foles 6icael A., -ermodin"mica. %exta (dición.

&ap$tulo ?. 6cGraHI>ill. B88J.

Kar9 ;ennet, r. E 2icards /onald (., -ermodin"mica. %exta (dición.

6cGraHI>ill. B887.

&iclos de *otencia, &ombustión y &ompresión de Gases Abiertos M

&iclos de Frayton. Universidad *olitécnica de 4alencia. (spaa, B88C.

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